300MW循环流化床锅炉安全控制方案

300mw300mw 循环流化床锅炉安全控制方案循环流化床锅炉安全控制方案 前言前言 300mw 循环流化床锅炉机组是现在世界上在运的最大循环 流化床机组 目前云南境内已经投运了 4 台 300mw 机组 到 2007 年底 预计共有 6 台机组投入商业运行 从已经投运的 4 台机组的运行情况来看 300mw 循环流化 床锅炉的设计还是非常成功的 机组运行稳定 在不易熄火 低负荷稳定燃烧等方面表现出与普通煤粉 炉不同的特点 但同 时也存在着运行调整复杂 炉内易磨损和结焦 非金属膨胀节 易损坏 耐磨耐火材料易脱落等问题 影响循环流化床锅炉稳 定运行的 既有设计 制造 施工等方面的原因 也有运行调 整的原因 由于世界范围内 300mw 循环流化床锅炉机组投运时间都 还不长 对机组特性的认识还不够深入 投产后的实际运行反 映出原 alstom 的控制逻辑方案存在不 合理和不完善的地方 本文通过某厂 300mw 循环流化床锅炉机组的一次典型停机事 故 对相关的主保护逻辑 辅机联锁逻辑 自动控制逻辑 机 组控制方式进行了分析和改进 一 机组概况一 机组概况 某厂 300mw 循环流化床锅炉岛为哈尔滨锅炉厂引进法国 alstom 技术生产的 hg 1025 17 5 l hm37 型锅炉 由裤衩型双 布风板结构炉膛 高温绝热旋风分离器 自平衡 u 形回料阀 外置床 冷渣器和尾部对流烟道组成 锅炉采用并联配风系统 共设有两台一次风机 两台二次风机 两台引风机 五台高压 流化风机和两台石灰石输送风机 机组 dcs 系统采用美国 metso 公司的 maxdna 系统 控制 方案在原有 alstom 方案的基础上 参考了已投运 300mw 机 组的运行情况 结合该厂的 辅机配置情况 在机组调试阶段进 行了大量的修改完善 二 引风机跳机事故二 引风机跳机事故 2007 年 1 月 15 日 在机组整套启动期间 由于电气方面 的原因 1 引风机突然跳闸 由此引起了炉膛压力的急剧变化 并导致了炉膛压力主保护动作 触发了锅炉跳闸 锅炉跳闸又 联跳了汽机 事故过程的炉膛压力变化趋势如图 1 所示 图 1 中 1 引风机跳闸后 引起了炉膛压力的急剧变化 14 59 14 1 引风机跳闸 14 59 17 1 二次风机跳闸 15 00 07 炉膛正压超过 4000pa 炉膛压力保护动作触发锅炉跳闸 15 00 58 炉膛负压又超过了 3000pa 可以看 出事故过程中炉膛 压力在正 负方向均发生了很大的变化 这种急剧的压力变化 一方面影响了机组的安全 稳定运行 另一方面从设备的使用寿 命来说 炉内较大的压力变化 对膨胀节 耐磨耐火材料均是 很大的冲击 不利于机组的长期稳定运行 三 三 事故原因分析及解决措施事故原因分析及解决措施 从事故的直接原因来看 电气侧故障引起了 1 引风机跳闸 从而导致了这次事故 但认真分析一下就会发现 单台辅机跳 闸并不应该触发锅炉跳闸 所以引起事故的原因是多方面的 应该从多个方面加以分析和解决 3 1 rb 功能未及时投用 机组在高负荷下运行时 发生重要辅机跳闸 协调回路应 该立即减负荷 减燃料 同时通过机组的自动控制回路保证主 汽压力 主汽温度 再热器温度 炉膛压力 含氧量 汽包水 位 除氧器水位 凝汽器水位等重要参数的控制 由于在基建 调试阶段 rb 功能还未投用 以致 1 引风机跳闸后 燃料量没 有及时减下来 相应 总风量指令也没有减少 1 二次风机跳 闸后 2 二次风机导叶继续开大 导致送风过量 是炉膛压力 冲高的一个重要原因 所以 及时投用 rb 对保证机组安全 稳定运行 将发挥 积极的作用 3 2 引风机出力不足 由于辅机设备选型不同 该厂在负荷 270 mw 给煤量 200t h 时 引风机静叶开度已在 80 以上 且其中一台引风机 电流已接近额定电流 而负荷在 300mw 给煤量 210t h 的已投 运参考 电厂的引风机静叶开度均小于 60 1 引风机跳闸时 2 引风机静叶虽然及时开大 补偿 1 引风机的出力 但 1 引 风机跳闸时 2 引风机静叶开度已到达 84 2 引风机的调整 余量是很有限的 在机组整套启动中 引风机出力达不到设计 要求 严重影响了机组的带负荷能力 引风机出力不足 是炉 膛压力冲高的一个重要原因 3 3 辅机联锁时间过长 在两台二次风机均运行时 1 引风机跳闸 要联跳 1 二次 风机 从动作结果来看 逻辑联锁没有问题 但联跳时间过长 1 引风机跳闸后 经过 3 秒钟 1 二 次风机才跳闸 辅机联锁 时间过长 也是炉膛压力冲高的一个重要原因 利用 dcs 系统的 soe 记录功能 我们做了引风机 送风机 的辅机联锁试验 通过模拟引风机的跳闸信号 从 soe 记录来 看 引风机联跳同侧送风机的时间均在 2 7 秒左右 检查 dcs 系 统中风烟系统主要辅机联锁逻辑运算周期均为 500ms 将运算 周期由 500ms 改为 100ms 再重复做辅机联锁试验 引风机联 跳同侧二次风机的时间均在 300ms 以内 3 4 对总风量指令上限进行限制 原总风量指令是由风 煤比计算而来的 所以 1 引风机和 1 二次风机跳闸后 燃料量未减 总风量指令也未减小 以致送 风过量 如果此时 2 引风机有足够的 调整余量 那么还是可 以实现炉膛压力控制的 从机组安全运行的角度考虑 针对设备出力情况 对总风 量指令回路考虑加入引风机的出力上限限制 总风量指令由原 来的风 煤指令改为 针对吸风机运行台数给 出的风量指令与 原风 煤指令的小选值 吸风机运行台数的风量指令根据试验定 为 1 台吸风机运行允许送风量 450knm3 h 2 台吸风机运行允 许送风量 1100knm3 h 这样 可以对进入炉膛的总风量进行上限限制 保证引风 机在出力范围内实现对炉膛压力的控制 同时 为了保证炉内燃 烧 在烟气含氧量小于 1 5 时 对燃料 量进行闭锁增 避免 进入炉内的送风不足 3 5 对引 送风调节回路进行调整 如图 1 在原来的控制方案中 1 引风机联跳 1 二次风机 相应控制回路中 1 二次风机的导叶取消分配 原 1 二次风机的 出力由 2 二次风机来补上 送风 不减反增地进入炉膛 而此 时 2 引风机静叶开度已到最大 已经没有调整余度去控制炉膛 正压 针对这种情况 同时结合总风量回路的调整 对于送风 引风调节回路 单台风机跳闸时 风机出力不再叠加到另一台 风机上 风机导叶根据被调量进行调节 3 6 增加锅炉跳闸联跳引风机 根据原逻辑 锅炉跳闸只联跳一次风机和高压流化风机 停止炉膛内的物料循环 而不联跳引风机和送风机 目的是保 持炉内的烟气循环 在锅炉跳闸的所有触发条件中 只有炉膛压 力低低既触发锅炉跳闸 还联跳引风机 即除炉膛压力低低外的 入口条件 只触发锅炉跳闸 不会联跳引风机 图 1 中锅炉跳闸时 2 引风机静叶已全开 锅炉跳闸联跳 一次风机和高压流化风机虽然使进入炉膛内的总风量减少很多 但风量测量单元是有测量延时的 同时由于 2 引风机静叶输出 早就已经饱和 必须总风量减小到一定量才开始关小 而且引 风机静叶往下关也需要一定时间 最终导致一次风机和高压流 化风机跳闸引起的风量减小速度超过引风机静叶回关速度 所 以出现了图 1 中锅炉跳闸后炉膛负压冲向了 3000pa 从锅炉安全的角度考虑 在锅炉主保护逻辑中 增加锅炉 跳闸联跳引风机 送风机由引风机来联跳 逻辑 即不论锅炉跳闸 的入口条件是什么 只要发生锅炉跳闸 都要联跳引风机和送 风机 3 7 建议增加锅炉联跳汽机的判断条件 图 1 中锅炉跳闸后 通过机炉大联锁联跳了汽机 但 300mw 循环流化床锅炉在炉膛和外置床内有大量的热床料 蓄 热量非常大 锅炉跳闸后在一定时间内仍能保 持主汽流量和蒸 汽品质 所以锅炉跳闸后并不一定要跳汽机 如果能在短时间 内排除锅炉侧故障 那么这期间汽机是可以不用解列的 从已投运的 300mw 参考电厂的实际运行来看 由于锅炉 内大量的热量蓄积 运行中曾出现锅炉跳闸后 5 个多小时 汽 机仍保持并网运行 所以 针对 300mw 循环流化床锅炉的特 点 如果既考虑保证机组安全 又尽量利用循环流化床的优点 尽量减少停机 这样可以给电厂减少不必要的经济损失 因此建议增加锅炉联跳汽机的判断条件 参考方案如下 增加主汽温低于 430 报警 主汽温变化率高 5 min 报警 主汽